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    “無苦味黃瓜分子育種方案的提出，證明多年來對基因組學的持續投入終于對生產有了回報。”11月29日，中國農科院蔬菜花卉所研究員、深圳農業基因組所副所長黃三文，對外宣布了這項令植物學界為之振奮的成果。

    “吃黃瓜快吃到瓜蒂時，往往會變得非常苦。這是因為老祖先的馴化并未完全解決黃瓜苦味問題，科學家也一直沒找到原因。”黃三文試圖用最通俗的語言解釋說，“5年來，我們終于找到了合成苦味物質葫蘆素c的9個基因，也找到了調控黃瓜苦味的兩個‘主開關’。”

    11月28日出版的《科學》雜志以長篇論文形式發表了該成果。這也是近5年來《科學》《自然》和《自然—遺傳學》雜志第8次報道黃三文團隊的成果。

    同時，這標志著經過數十年努力，我國蔬菜基因組學研究實現了從“跟跑”向“領跑”的轉身。

    “嘗出來”的突變體

    苦味是一個在黃瓜長期馴化過程中尚未解決的難題。

    “造成黃瓜苦味的物質是葫蘆素c，而葉片中的苦味有非常好的抗病蟲性。讓葫蘆素c僅存于葉片中而不影響黃瓜口感，這個問題很難均衡。”黃三文介紹說，即使在目前黃瓜育種最領先的荷蘭，也只能做到葉片不苦、果實也不苦，但黃瓜的抗病蟲害能力會受到影響。

    時光拉回到2012年，入暑的湖南異常悶熱。

    黃三文課題組在湖南農科院的試驗田里種了20畝黃瓜，共6萬多株。

    能否從中找到不苦的黃瓜植株，從而發現苦味基因的突變體？師生們決定采用最原始的“化學分析儀器”——舌頭，把每株黃瓜的葉子都嘗個遍。而為了避免錯覺，每株黃瓜都由3個人共同判斷。

    “這是一項非常艱巨的工程，有可能什么都發現不了。”黃三文說。

    那次，他們在6萬多株黃瓜中找到兩個突變體，這成為后來取得突破的關鍵。

    基因調控找到苦味“開關”

    從傳統育種向全基因組設計育種跨越，是此次“黃瓜苦味合成、調控以及馴化分子機制研究”帶給業界最大的興奮點。然而，一直以來，業界對于基因組學既飽含期待，也充滿困惑：基因組測序耗資頗大，能給農業生產帶來什么好處？

    很多次生代謝產物是苦的，是植物用來抵抗病蟲害的武器。“次生代謝基因成簇分布，是當前植物學研究領域的熱點，但其調控機制一直不清楚。”黃三文介紹說。

    5年前，科學家在分析基因組序列時發現，黃瓜6號染色體中一個由5個基因組成的基因簇可能參與苦味合成。2012年，他們通過變異組圖譜，發現控制果實苦味的Bt基因是黃瓜馴化的關鍵基因。

    此次取得的最新成果則找到了9個控制黃瓜苦味代謝的基因，并發現有兩個“主開關”基因直接控制苦味代謝。換句話說，通過精確調節果實和葉子中這兩個“開關”的表達模式，可使黃瓜葉苦而瓜不苦。

    無苦味黃瓜分子育種方案，正是將基因組大數據與分子生物學、生物化學方法融合，試圖解決黃瓜生產中的這一世界性難題。

    “What a tour de force！”在給黃三文的郵件中，德國馬普學會發育生物學研究所所長Detlef Weigel稱贊該成果是一項“杰作”。

    “基于此延伸研究，確實有‘主開關’調控次生代謝基因簇，這是植物科學的一個重要發現。”黃三文透露，協和醫學院等相關團隊正利用這些成果，進一步研究葫蘆素c的抗癌機理，并嘗試在酵母里生產葫蘆素c。

    協同創新獲突破

    此次收獲“蔬菜基因組學的果實”，對中國農科院而言并非偶然。

    我國是蔬菜生產和消費大國，蔬菜產業GDP達12000億元，基本實現了蔬菜周年均衡供應。但與美國、荷蘭、以色列等國相比，我國蔬菜育種水平差距仍然很大。

    2004年，黃三文應時任中國農科院副院長屈冬玉邀請，放棄在英國攻讀博士后的機會，回國從事蔬菜基因組研究。

    2007年，中國農科院蔬菜所所長杜永臣決心自籌經費發起國際黃瓜基因組計劃，黃三文擔任首席科學家。如何通過基因組等大數據的基礎研究，解決“黃瓜的苦味從哪里來”等生產性難題，貫穿了我國蔬菜基因組研究的全過程。

    借助新一代DNA測序技術，兩年后他們解讀了世界上第一個蔬菜作物基因組，并以封面文章形式發表在《自然—遺傳學》雜志上。這是我國園藝科學界首次在國際高水平學術期刊發表論文。

    黃瓜調控開關的發現，背后是一個由10家單位構成的國內外合作網絡。黃三文的團隊則主要由“80后”“90后”組成，研究領域涉及生物學、生物化學、生物信息學等，是一支典型的跨學科團隊。

    “如何將大數據用于生物學研究，需要跨學科、跨領域、跨國界的協同創新。”黃三文表示。